规模化沼气工程预警监控系统设计与实验

吴树彪 张相雨 王海粟 孙 昊 董仁杰

(中国农业大学农业部可再生能源清洁化利用技术重点实验室， 北京 100083)

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厌氧发酵技术可以实现有机废弃物的资源化、无害化利用，具有能源二次回收与环境保护的双重效果，是一种高效处理废弃物的途径[1-2]。在厌氧发酵过程中，若系统缓冲能力较差，则有可能导致有机酸积累、产气效率下降甚至整个系统酸化[3-4]。目前沼气工程普遍采用甲烷产量、pH值等指标表征厌氧发酵系统的稳定性[5]。虽然这些指标便于监测，但因其具有滞后性，往往在系统发生异常之后才会表现出明显变化。挥发性脂肪酸(VFAs)是厌氧发酵过程中产乙酸阶段到产甲烷阶段的中间产物，一旦发生积累直接影响整个系统稳定[6]；碳酸氢盐(TIC)可以对发酵体系进行缓冲，与VFAs释放出的氢离子结合，使pH值维持在一定范围内，所以VFAs、TIC和两者质量浓度的比值(VFAs/TIC)能够更真实准确地反映厌氧发酵系统的运行状态[7]。

目前检测VFAs的方法有气相色谱法、蒸馏法、滴定法等[8]，TIC的检测方法有分光光度法和滴定法[9]。滴定法因其操作简便、成本低和对检测环境要求低，目前在科研和实际工程中得到广泛应用。赖明等[10]基于PLC设计了印染行业中自动控制染色剂滴定精度的自动滴定控制系统，但由于未能充分考虑滴定法和自动控制仪器各自的特性要求，该装置仍有许多亟待完善的地方。徐昊等[11]基于LabVIEW的虚拟光度滴定系统实现了滴定过程的自动化，但滴定前需要在样品中手动添加酚酞指示剂，且这种方法仍无法很好地应用于滴定沼液这种成分复杂的样品。……